环境因素对山东GPS基准站垂直位移的影响分析

基于山东地壳运动GPS观测网络(CMONOSD)提供的连续观测结果,经过GAMIT/GLOBK软件处理,再采用GRACE,LAD,SG及GLDAS分析陆地水引起的重力变化,分析证明,在该地区陆地水导致的空间重力变化可达100.12±0.7 nms-2量级,采用LAD模型会导致重力长期以微小趋势上升,反之采用GLDAS模型会导致重力长期以微小趋势下降。通过研究大气负荷、陆地水和非潮汐海洋对山东省各基准站垂直位移的影响,发现大气负荷对台站垂直位移的影响最大为8 mm,陆地水次之,非潮汐海洋的影响最小。     

利用独立成分分析法研究新疆地区陆地水储量及其地壳垂向变化

中国新疆地区水文气候变化复杂,其水储量变化及其负荷形变特征的精确提取极为重要。采用卫星重力数据GRACE(gravity recovery and climate experiment）反演新疆地区2010—2014年陆地水储量变化,利用独立成分分析法（independent component analysis,ICA）分解时空模式,提取时空特征信号。在此基础上,反演陆地水负荷迁移引起的地壳垂向变化,引入重力位系数与负荷勒夫数一阶项改正,回加非潮汐大气与海洋信号,结合尺度因子法校正GRACE反演结果,引入全球降水气候计划月降水资料分析形变影响,将其与测区12座连续运行参考站形变位移进行定量比较,重点分析各测站陆地水负荷信号与全球导航卫星系统（global navigation satellite system,GNSS）垂直位移的相关关系。结果表明,经ICA方法分解的新疆地区陆地水储量呈现多时间尺度特征,表现为明显的周年与长期变化;周年信号在西部帕米尔高原附近尤为显著;长期变化以逐年减少为主,在乌鲁木齐西部、天山一带信号较强;总体上,陆地水负荷垂直形变的时间序列波动幅度相对较小,幅值...     

陕西省GPS基准站垂直形变的陆地水负荷效应

基于GPS、GRACE以及GLDAS 3种数据从均方根、相关性、周年振幅和相位4个方面对陕西省22个GPS基准站的垂直负荷形变进行定量分析和研究,结果表明:陕西省GPS垂向形变时间序列中,陆地水负荷形变并不明显,其中GRACE的贡献值为11.7%,GLDAS的贡献值为11.0%;GPS与GRACE以及GPS与GLDAS的相关系数大于等于0.5的站点比例分别是63%和77%;对于振幅而言,GPS的振幅最大,GRACE的振幅其次,GLDAS的振幅最小。文中研究陕西省陆地水负荷形变的量值和特征,为获取更高精度的构造形变提供依据。     

海洋非潮汐变化对时变重力场的影响

基于全球海洋数值模式，估计了海水质量非潮汐变化对低阶地球引力场季节性变化的贡献。激发模型预测的大气、地表水、海洋潮汐和非潮汐变化对引力场的组合影响被用来与卫星激光测距(SLR)的观测值进行比较。结果表明，在季节性变化时问尺度上，为克服海洋数值模式的体积守恒近似而采用的质量守恒改正对△J2具有较明显的影响，对△J3的影响可以忽略，SLR观测的△J2周年和半年振幅介于海洋、地表水、大气(IB)和(NIB)的组合结果之间。     

南极中山站重力潮汐观测的海潮负荷效应

综合分析了LaCoste-Romberg(LCR)ET21高精度弹簧重力仪1998年12月26日至2000年1月9日在南极中山站的重力潮汐观测资料，采用目前普遍使用的Schwiderski、Csr3.0和Fes96.2全球海潮模型研究中山站重力潮汐观测的海潮负荷改正问题。结果表明在南极地区，目前的海潮模型存在较大的不确定性，还不足以精密确定该区域的海潮负荷改正。经海潮改正后，重力潮汐观测结果与潮汐理论值之间还存在比较大的差异，观测的周日（01）和半日（M2）潮波重力振幅因子与相应的理论值之间的平均偏差分别为3．8％和7．8％。南极地区附近海域海水的变化半导致该地区海潮负荷响应非常明显的季节性系统变化。     

根据人卫激光测距、GRACE和地球物理模型求解地球低阶重力场季节变化

本文利用2002年4月至2010年10月的Lageos1和Lageos2两颗激光卫星观测数据、GRACE以及地球物理模型三种独立的方法计算地球低阶重力场系数J 的变化,根据大气压强数据计算 J 时分别按反变气压计（IB）和非反变气压计(NIB)两种假设进行计算。通过分析 J 的季节特性表明,大气在NIB假设下得到的周年振幅比在IB假设下得到的振幅大3倍左右,相位相差47°;大气和陆地水的质量变化对 J 周年变化的贡献占主导地位,海洋的影响最小;大气、海洋和陆地水得到 J 半年振幅和相位值与SLR得到的振幅和相位值吻合较差,尤其是在IB假设下大气得到的结果与SLR结果相差最大; SLR、GRACE和地球物理模型三种独立方法得到的 J 周年项之间吻合相对较好,GRACE得到的周年振幅比SLR得到的周年振幅大50%左右, SLR观测得到的 J 周年振幅介于在NIB和IB两种假设下地球物理模型得到的结果之间;GRACE与SLR得到的 J 半年项的振幅相同,在IB假设下AOW得到的 J 半年振幅和相位与SLR结果差异最大。     

华北区域GNSS基准站高程时间序列的非线性变化分析

基于陆态网络全球卫星导航系统（GNSS）观测成果，采用功率谱分析法和最小二乘方法，以华北地区为例，研究了区域基准站高程时间序列的非线性变化特征，并分析了不同环境负载的影响.结果表明，GNSS基准站高程方向存在显著的周年和半年周期特征，且周年特征要显著于半周年特征.位于不同地区的基准站的振幅和相位存在差异，华北平原南部地区的周年振幅要大于北部地区，整体上华北地区周年变化在秋季时节振幅达到最大.不同环境负载效应对华北GNSS高程位移的影响不一致，利用三种环境负载修正GNSS序列后，水文负载的修正效果最好，非潮汐大气负载次之，非潮汐海洋负载修正结果不理想.      

利用GPS垂直位移反演云南省陆地水储量变化

地表质量的重分布会引起固体地球的弹性形变,GPS连续运行观测站能够精确测定地表负荷引起的地壳形变。本文通过模拟数据对利用云南省及其周边47个中国大陆构造环境监测网（陆态网）台站反演云南地区陆地水储量的可行性进行分析：以水文模型周年振幅为真值,计算47个台站点的负荷形变,同时加入随机误差构成模拟观测数据,最后采用模型反演陆地水储量变化;1000次的随机模拟试验表明利用当前GPS台站数据可有效地反演云南地区陆地水储量变化。基于上述结论,笔者反演了云南省2010—2014年陆地水储量变化,GPS反演结果表明：云南省陆地水变化呈现明显的地域分布特征,西南部高山地区的水储量周年变化高于东部平原地区;在时间尺度上,云南省大部分地区水储量在10月（夏季末）达到最大值,在4月（冬季末）达到最小值;云南省2010—2014年陆地水呈缓慢增长趋势,约为20 mm/a。通过GPS陆地水储量反演结果与GRACE、GLDAS以及TRMM数据综合对比分析,表明利用云南地区当前GPS台站可以作为独立观测量用于GRACE与GRACE Follow-on衔接期间的陆地水储量变化监测。     

时段选取对大气负荷重力效应的影响分析

针对当前重力观测数据处理中大气负荷效应改正的不确定性问题,该文提出一种分时段改正方法。通过采用不同时段观测数据,基于回归分析方法系统讨论时段选取对大气负荷重力效应改正的影响。利用高精度Wettzell台站超导重力观测数据进行实验分析。实验结果表明:采用不同时段观测数据,大气导纳值差异最大值约为-0.1μGal/hPa;采用不同时段的观测数据进行大气效应改正,其最大差异整体上可以达到2μGal。本文的研究可为精确计算大气负荷重力效应提供一定参考。     

南极地区的重力固体潮观测与研究

研究了三台高精度LCR弹簧重力仪 (G5 89,ET2 0和ET2 1 )在南极长城站和中山站的重力潮汐数据 ,在武汉国际重力潮汐基准系统中确定了该地区的重力潮汐参数。研究了海潮负荷问题 ,经海潮改正后的观测结果与理论值间存在较大差异 ,说明海潮模型的不确定性。讨论了气压和温度变化对重力观测的影响。结果表明 ,气压重力导纳值随信号频率增加呈明显的下降趋势 ,可能存在“反变气压计”效应 ,而温度重力的影响主要集中在长周期频段。     

佘山台倾斜固体潮观测的海潮负荷改正

采用FARRELL的负荷理论以及最新的TPXO6海潮模型和中国近海潮汐资料计算了海潮负荷对佘山台倾斜固体潮的影响,采用BAYTAP-G调和分析软件对佘山台倾斜固体潮观测进行了处理,获得不同潮波的潮汐参数。在此基础上进行海潮负荷改正。负荷改正后,东西分量的振幅因子和相位滞后与理论值较为接近,而南北分量的半日波振幅因子与理论值仍有较大的偏离。结果说明,佘山台倾斜东西分量主要受海潮负荷的影响,超过60%,甚至达到96%(O1);而南北分量受到的非潮汐的影响要比东西分量受到的影响大,如N2波甚至高达70%,但是这也可能是和海潮模型在近海的不精确有关。     

全球陆地水储量对检测同震重力变化的影响

以2011年日本Mw9.0地震为例,探讨了同震重力变化理论模拟计算所涉及到的几个关键问题,并利用GLDAS全球陆地水储量模型对GRACE卫星检测到的同震重力变化进行了修正。结果表明,水文效应变化振幅达4μGal,该影响不可忽略。     

联合GRACE与GPS比较山西省垂向地表形变

利用2009-05～2010-12共20mon的GRACE时变重力场反演了山西省境内陆地水储量变化造成的地表垂直位移,并与同期的GPS高程残差进行了比较。结果显示,对大部分CORS站而言,GRACE反演的水文地壳垂向形变与GPS高程残差时间序变化量均在-6～6mm之间;由二者提取的年周期信号平均振幅均为2.5mm左右,但是相位存在较大差异。由于GPS数据处理过程未考虑周日、半周日大气潮汐,高阶电离层,及非潮汐海潮的影响,这三项误差会传播到测站坐标的时间序列,对GPS周年信号产生影响,所以可以认为GRACE与GPS结果的差异更多的是来自GPS数据处理的误差。     

滇东南地区垂直负荷形变特征研究

针对传统的全球水文同化模型计算陆地垂直负荷形变的不确定度问题,该文采用GPS、GRACE以及GLDAS3种数据对滇东南13个GPS连续站的垂直负荷形变进行了综合的分析。结果表明:GPS垂向形变时间序列中,陆地水负荷形变显著,高值达12 mm,其中GRACE的贡献值为32.1%,GLDAS的贡献值为26.9%;对于初相位而言,GPS、GRACE、GLDAS三者符合得很好;对于振幅而言,GPS与GRACE的振幅较为接近,GLDAS的振幅最小;通过主成分分析方法所获取的GPS共模误差与GRACE的相关性高达0.90。虽然GRACE的空间分辨率较低,但GRACE为连续监测地表垂直负荷形变提供了一种有效和可靠的手段。     

重力计算中的潮汐改正分析

详细介绍了重力固体潮汐改正的来源和计算公式,针对潮汐因子的取值进行了分析讨论,同时就海洋负荷潮汐模型对重力潮汐的影响展开阐述并给出简算公式,最后得出,不同等级的重力测量计算采用相应的计算公式,其计算精度为±2×10-8 ms-2。     

水文气象因素对中国北疆流动重力变化的影响

水文气象因素引起的重力变化是影响地震重力变化成果解释的重要因素。以中国北疆地区为研究区域,借助全球陆地数据同化系统（global land data assimilation systems,GLDAS）全球水文模型数据、大气模型数据,计算2016-01—2017-12时段内水文气象因素对研究区域的重力影响。计算结果表明,陆地水影响的年变化为1.3 μGal,两期陆地水影响空间分布的差异低于1 μGal;大气影响的年变化为8 μGal,两期大气影响空间分布的差异达到6 μGal。利用2016-04、2016-08和2017-06三期流动重力测量数据,对比扣除水文气象因素前后的重力变化,可以看出,在中国北疆流动重力数据处理中,大尺度水文因素可以不予考虑,气象因素应予考虑。同时,为更好分析流动重力变化,建议流动重力测量过程中同时开展测点附近的土壤湿度、大气气压等观测。     

利用GRACE分析阿拉斯加地区质量变化

利用GRACE RL05重力场数据反演2003-2012年阿拉斯加地区质量及水储量变化,构建去相关滤波和300km扇形滤波的组合滤波方式。结果显示,在研究期间内,阿拉斯加地区质量以-30.5Gt/yr的速度减小,其加速度为10.1Gt/yr~2,对海平面上升的贡献率为0.08mm/yr。地表质量减小主要在2003-2005年,约为-91.7Gt/yr,2010年5月后呈现上升的趋势,其速度约为20.1Gt/yr。陆地水储量变化趋势与总质量变化一致,十年间,陆地水的变化速度由2003-2005年的-66.7Gt/yr到2010.5-2012年的26.9Gt/yr,2006-2010.4间趋于稳定,研究期间内,陆地水储量的变化速度及加速度分别为-7.5Gt/yr,9.8Gt/yr2,对海平面上升的贡献率为0.02mm/yr。阿拉斯加地区总质量和水储量变化受周年变化影响较强,其周年振幅分别为43.6mm、29.7mm,并且在每年的3月和2月周年振幅分别达到最大值。     

基于短时间序列重力观测数据的潮汐改正方法

对于没有长期连续潮汐观测站和无精密潮汐模型的地区,研究高精度潮汐改正方法具有重要意义。给出了基于短时间序列重力观测数据的高精度潮汐改正方法,并利用全球动力学计划中TIGOConcepcion、Kamio-ka和Hsinchu三个台站的超导重力观测数据对该方法进行了试验分析。研究结果表明,利用一天或数天重力观测数据可建立高精度潮汐模型,其振幅因子和相位延迟解算精度分别优于0.01和0.5°,潮汐改正精度可以达到μGal量级,验证了该方法的正确性和有效性。本文方法为无精密潮汐模型区域的潮汐改正提供了新的途径。     

FG5绝对重力仪观测数据的实测重力潮汐改正

基于中国计量科学研究院北京昌平院区的超导重力仪iGrav-012实测重力潮汐数据,以FG5绝对重力仪为例研究了绝对重力观测中的实测潮汐改正问题,分析了用高精度超导重力仪获得的实测合成重力潮汐与理论合成重力潮汐间的差异。并采用iGrav-012超导重力仪和FG5X-249绝对重力仪两种实测数据对实测潮汐改正效果进行了验证。结果表明, FG5绝对重力仪中用的理论合成重力潮汐在考虑海潮重力影响后的结果与实测合成重力潮汐之差在1μGal之内,因此理论合成重力潮汐经过海潮重力影响改正后的结果可满足绝对重力观测精度要求,从观测精度来讲,无需对绝对重力的实测数据实施潮汐改正即可满足绝对重力观测的精度要求。但是FG5X-249绝对重力观测数据的潮汐改正结果表明,不同的潮汐改正方法对绝对重力观测值的影响不同,但这种影响较小,在0.1μGal的量级,因此建议只在高精度绝对重力观测中考虑实测重力潮汐改正。     

南极中山站的重力和区域海洋潮汐特征

本文利用中山站弹簧重力仪记录的重力潮汐时间序列、验潮站数据、CATS2008区域和Eot11a全球海潮模型研究重力和海洋潮汐特征。结果表明,在周日频段,潮波O1的海潮振幅达到28 cm,4个主要潮波（Q1、O1、P1和K1）的全球模型与验潮站潮高差之和为4.2 cm,区域模型与验潮站潮高差之和为4.4 cm;在半日频段,潮波M2的海潮振幅达到20 cm,4个主要潮波（N2、M2、S2和K2）的潮高差之和分别为7.7 cm和5.1 cm,说明利用区域模型修正全球模型的重要性。经区域模型修正的全球海潮负荷改正后,重力主波K1、M2和S2的最终残差振幅分别下降了9.84%、56.14%和37.08%,说明区域海潮模型更能反映海洋潮汐的真实特征,用区域模型修正全球海潮模型的有效性得到验证。